Применение тепловых насосов для энергосбережения

В промышленности и в жилищно-коммунальном хозяйстве как источник теплоты для работы тепловых насосов могут быть использованы следующие виды тепловых вторичных энергетических ресурсов:

‒ теплота охлаждающей воды паровых турбин тепловых и атомных электростанций, промышленных печей, компрессорных установок, аппаратов химической технологии. Часто эта вода используется повторно и направляется на охлаждение в градирни и аппараты воздушного охлаждения (АВО);

‒ теплота сточных вод различных промышленных предприятий и предприятий жилищно-коммунального хозяйства (бани, прачечные, бассейны);

‒ теплота продуктов сгорания в котельных установках и промышленных печах, а также печах по сжиганию твердых и жидких отходов;

‒ теплота продуктов сгорания в газотурбинных установках и дизельных двигателях;

‒ теплота водяных паров низкого давления, выбрасываемых в атмосферу (выпар);

‒ теплота отработанного сушильного агента в сушильных установках;

‒ теплота горячих растворов в выпарных и ректификационных установках;

‒ теплота масла, используемого в турбинах электростанций и в электрических трансформаторах;

‒ теплота воздуха, уходящего из систем вентиляции и кондиционирования воздуха жилых, общественных и промышленных зданий;

‒ теплота вытяжного воздуха станций метрополитена и воздуха каналов метро.

Для работы тепловых насосов могут быть использованы также следующие природные источники теплоты:

‒ теплота наружного воздуха (при положительных температурах);

‒ вода естественных и искусственных водоемов (рек, озер, морей);

‒ тепло геотермальных источников;

‒ теплота грунта, которую получают при помощи специальных трубчатых теплообменников;

‒ теплота подземных вод;

‒ тепло, получаемое в результате использования солнечной энергии.

Низкопотенциальную теплоту вторичных энергетических ресурсов можно использовать напрямую при помощи теплообменных аппаратов, например, для подогрева приточного вентиляционного воздуха, предварительного подогрева воздуха, направляемого в топочные устройства, подогрева сушильного агента в установках для сушки материалов и т.д., однако далеко не всегда это осуществимо на практике. Теплота повышенного потенциала, получаемая в тепловых насосах, имеет более широкие области использования. Кроме указанных областей потребления она может использоваться также на отопление, горячее водоснабжение, подогрев технологических газов и жидкостей в аппаратах химической технологии, выпарных, перегонных и ректификационных установках, в процессах варки, при рекомпрессии пара. Наиболее целесообразно применять ТН в следующих случаях:

‒ имеется стабильный во времени источник теплоты с температурой 10-50°С.

‒ есть потребитель теплоты с температурой 60 - 120°С. Во многих случаях именно отсутствие потребителя теплоты затрудняет применение тепловых насосов.

‒ имеется источник недорогой электрической энергии при дефиците тепла.

‒ если разница между температурами источника и потребителя - невелика. В этом случае тепловой насос имеет большой коэффициент преобразования. ‒ если источником теплоты является горячая вода или конденсирующийся пар или парогазовая смесь. Эти теплоносители, в отличие от воздуха, имеют высокий коэффициент теплоотдачи, что обеспечивает малые габариты испарителя теплового насоса. ‒ если необходима одновременная выработка теплоты и холода. Например, охлаждение молочных продуктов и отопление цеха. ‒ если в летнее время тепловой насос можно использовать в системе кондиционирования, а в зимнее - в системе отопления. Рассмотрим некоторые схемы, в которых могут быть использованы тепловые насосы.

Про недостатки тепловых насосов упоминают реже, поэтому остановимся на них подробнее.

1. Источники вторичных энергоресурсов не всегда стабильны во времени и их не теплопроизводительность не всегда достаточна для того чтобы обеспечить теплотой потребителя в холодной период года. Поэтому в системах теплоснабжения для надежной работы кроме теплового насоса необходим дополнительный источник теплоты.

2. Шум от компрессоров тепловых насосов затрудняет их применение в жилых и общественных зданиях, особенно в тех случаях, когда применяются тепловые насосы большой мощности.

3. Фреоны, используемые как рабочее тело, достаточно дороги. При разгерметизации контура теплового насоса и при проведении ремонтных работ их приходится менять и потребитель несет

дополнительные затраты.

4. На настоящий момент стоимость тепловых насосов высока и срок их окупаемости при нынешних ценах на энергоносители может быть большим.